航空工業,素有「工業之花」的美譽。而航空發動機則是航空工業「皇冠上的明珠」。為了讓大眾進一步了解航空發動機,揭開航空發動機的神秘面紗,中航工業官方微信每周2期進行發動機科普,內容覆蓋基礎的知識,包含未來展望,共36期。回復「發動機科普」+「期號」,例如回復「發動機科普09」即可獲取第九期內容。
渦輪風扇發動機的工作特點
渦輪風扇發動機簡圖
由壓氣機、燃燒室和高壓渦輪組成的核心機和由低壓渦輪及其所帶動的風扇共同組成的發動機稱為渦輪風扇發動機。渦輪風扇發動機中,空氣在風扇中增壓後,由風扇出口流出時分為兩股向後流:一股流入核心機和帶動風扇的低壓渦輪,最後由尾噴管流出,這股氣流稱為內涵氣流;另一股則由圍繞核心機機匣與外涵機匣間的環形通道中流過,稱為外涵氣流。由於渦輪風扇發動機中有內、外兩個涵道,所以,渦輪風扇發動機有時又稱為內外涵發動機。外涵與內涵空氣流量之比稱為涵道比,又稱流量比,它是影響渦輪風扇發動機性能好壞的一個重要循環參數。涵道比小於2~3的稱為低涵道比渦輪風扇發動機,高於4~5的稱為高(大)涵道比渦輪風扇發動機。
在渦輪風扇發動機中,由高壓渦輪出來的燃氣先在低壓渦輪中膨脹作功,然後再到尾噴管中膨脹加速,由於在低壓渦輪中已將高壓渦輪出來的燃氣能量用掉很多,因此,由低壓渦輪出來的燃氣,溫度與壓強大大降低了,尾噴管的排氣能量損失小得多。當然,由於排氣速度低,由內涵道中流過的氣體所產生的推力也就比渦輪噴氣發動機的要低些。但是,流過外涵道的空氣,在風扇的作用下受到壓縮,壓強提高了,在尾噴管中膨脹加速,以一定的速度流出噴口,因而外涵空氣也產生一定的推力。內、外涵兩股氣流產生的推力之和,即為渦輪風扇發動機的推力,它大於純渦輪噴氣發動機的推力。渦輪風扇發動機推力大了,而能量損失又降低了,所以它的經濟性優於渦輪噴氣發動機,而且由於排氣速度低,發動機的噪聲也大大低於渦輪噴氣發動機,非常適合用於旅客機上。正因為如此,當世界上第一種渦輪風扇發動機,即英國羅·羅公司的「康維」發動機在1960年首次用於旅客機後,很快就被各種新型旅客機所選用,形成了民航客機發動機「風扇化」的浪潮。